同一子网通信

添加交换机后的通信流程

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1. 同一子网内（使用交换机）

1. 判断是否在同一子网：
   主机A通过子网掩码判断主机B的IP地址是否属于同一子网。若在同一子网，主机A需要通过ARP获取主机B的MAC地址。

2. ARP请求（广播）：

   • 主机A发送广播ARP请求，内容为：“谁的IP地址是主机B的IP地址？请告诉我你的MAC地址。”
   • 该广播帧的目的MAC地址为FF-FF-FF-FF-FF-FF，交换机收到后会将广播帧转发到所有端口（除源端口外）。

3. ARP响应（单播）：

   • 主机B收到ARP请求后，回复单播ARP响应，内容为：“我是主机B，我的MAC地址是XX:XX:XX:XX:XX:XX。”
   • 交换机根据主机B的MAC地址和端口映射关系，将ARP响应帧转发到主机A的端口。

4. 数据传输（单播）：

   • 主机A获取主机B的MAC地址后，构造数据帧：
     • 源MAC地址：主机A的MAC地址
     • 目的MAC地址：主机B的MAC地址
   • 交换机根据MAC地址表，将数据帧从主机A的端口转发到主机B的端口。

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2. 跨子网内（使用交换机和路由器）

1. 判断目标是否在同一子网：
   • 主机A通过子网掩码计算主机B的IP地址网络号，发现主机B位于不同子网。
   • 公式：

网络地址=IP地址 & 子网掩码

2. 发送数据到默认网关：

   • 主机A将数据包发送到默认网关（路由器或三层交换机）。
   • 链路层封装：
     • 源MAC：主机A的MAC地址
     • 目的MAC：默认网关的MAC地址（通过ARP解析获取）。
   • IP层封装：
     • 源IP：主机A的IP地址
     • 目的IP：主机B的IP地址

3. 交换机转发数据帧：

   • 交换机根据MAC地址表，将数据帧从主机A的端口转发到路由器的端口。

4. 路由器处理数据包：

   • 路由器接收数据帧后，剥离链路层头部，检查目标IP地址。
   • 根据路由表确定下一跳（可能需多级路由）：
     • 若目标子网直连路由器，直接转发到对应接口。
     • 若需经过其他路由器，转发至下一跳地址。

5. ARP解析下一跳MAC地址：

   • 路由器通过ARP请求解析下一跳接口或目标主机的MAC地址。
   • 示例：
     • 路由器接口IP：10.0.0.1 → 目的子网：192.168.2.0/24
     • 路由器发送ARP请求解析主机B的MAC地址（若直连）。

6. 数据包转发至目标子网：

   • 路由器重新封装链路层帧：
     • 源MAC：路由器出接口的MAC地址
     • 目的MAC：主机B的MAC地址（通过ARP解析）。
   • 通过目标子网的交换机将数据帧转发至主机B。

7. 主机B响应数据：

   • 主机B构造响应数据包：
     • 源IP：主机B的IP地址
     • 目的IP：主机A的IP地址
   • 响应数据通过反向路径返回，可能经过不同路由器。

关键点：

• 交换机的作用：
  • 在同一子网内，交换机负责转发数据帧（基于MAC地址表）。
  • 在跨子网通信中，交换机将数据帧转发到路由器。
• 路由器的角色：
  • 负责跨子网的数据包转发和路由选择。
  • 逐跳更新链路层MAC地址，IP地址保持不变。

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示例数据包变化：

跳数	源MAC	目的MAC	源IP	目的IP
主机A → 交换机	AA:AA:AA:AA:AA	00:11:22:33:44:55	192.168.1.10	10.0.0.5
交换机 → 路由器	AA:AA:AA:AA:AA	00:11:22:33:44:55	192.168.1.10	10.0.0.5
路由器 → 主机B	55:44:33:22:11	BB:BB:BB:BB:BB:BB	192.168.1.10	10.0.0.5

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同一子网内：交换机基于MAC地址表转发数据帧。
跨子网内：交换机将数据帧转发至路由器，路由器逐跳转发至目标子网。